화공기사 실기 필답형 - 건조

1. 건조

 - 고체물질에 함유된 수분을 가열에 의해 기화시켜 제거하는 조작

 

cf. 고체의 수분함량 표시방법

1) 수분량 (습량기준)

 - 습윤재료에 대한 H2O의 양

수분량  (습량기준)

2) 함수량 (건량기준)

 - 건조재료에 대한 H2O의 양

함수량  (건량기준)

 

 

 

2. 함수율

1) 평형 함수율(Equilibrium Moisture Content)

 - 결합수분을 갖는 재료를 일정습도의 공기로 건조시키는 경우 어느정도까지 함수율이 내려가면 평형상태에 도달하여 그 이상 건조가 진행되지 않는다. 이때의 함수율을 평형함수율 이라 한다.

 

2) 자유 함수율(Free Moisture Content)

 - 고체가 가진 전체함수율(w) 과 평형함수율(we)의 차를 자유함수율이라 한다.

평형함수율(F) = w - we 

 

cf. 결합수분과 비결합수분

1) 결합수분

 - 평형곡선에서 100% 상대습도선과 만나는 점의 평형함수율

2) 비결합수분

 - 상대습도 100% 이상의 수분 (건조가능한 수분)

 

 

 

 

3. 건조속도

건조시간과 재료온도에 따른 함수율

1) 건조실험곡선

① 재료예열기간 (I)

 - 재료가 예열되고 함수율이 서서히 감소하는 기간(현열)

 

② 항률건조기간 (II)

 - 재료함수율이 직선적으로 감소하고 재료온도가 일정한 기간(잠열)

 

③ 감률건조기간 (III)

 - 함수율의 감소율이 느리게 되어 평형에 도달할 때까지의 기간

 - 재료의 건조특성이 나타나는 구간

 - 한계함수율(Wc)에서 평형함수율(We)까지의 기간

 

2) 함수율의 한계범위

 

함수율의 한계범위

① 자유함수율(F) = w - we

② 한계자유함수율(Fc) = wc - we

③ 한계함수율: 항률기에서 감률기로 이동할 때의 함수율

 

 

3) 건조특성곡선

① 볼록형(a): 섬유재료의 수분 이동이 모세관 중에 발생한다.

② 직선형(b): 입상 물질을 여과한 플레이크 상의 재료, 잎담배 등의 건조형태

③ 직선형+오목형(c): 감률건조 1단+감률건조 2단의 건조과정

④ 오목형(d): 비누, 치밀한 고체와 같은 물질이 건조할 때 발생하는 형태

 

 

 

 

 

3. 건조속도의 계산

1) 항률건조속도

 - 항률 건조 : 건조 속도가 일정한 건조 과정

항률건조속도식

 

2) 감률건조속도

① 감률건조

 - 함수율에 감소에 따라 건조속도가 감소하는 기간

 - 재료의 표면온도가 점점 상승하는 것이 특징

② 감률건조 제 1단

 - 재료 표면의 습윤면적이 점차 작아지는 기간

 - 건조속도는 함수율에 비례한다.

 - ex) 섬유재료, 입상 물질

③ 감률건조 제 2단

 - 표면은 이미 평균함수율에 도달해 건조한 상태

 - 재료의 내부에서 수분이 증발해 표면에 확산하는 기간

 - ex) 곡물, 결정품, 비누, 치밀한 고체

 

④ 한계함수율이 Fc인 물질을 F1으로부터 F2까지 건조하는데 걸리는 시간